數(shù)控切割機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 編號(hào): 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目 數(shù)控切割機(jī)控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 姚俊紅 學(xué)生姓名 劉武 學(xué) 號(hào) 200811705019 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 教學(xué)單位 德州學(xué)院機(jī)電工程系（蓋章） 二0一二年五月六日德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告書2012年1 月11日院（系）機(jī)電工程系專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓 名劉武學(xué) 號(hào)200811705019論文（設(shè)計(jì)）題目數(shù)控切割機(jī)控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、選題目的和意義 在機(jī)械加工過(guò)程中，板材切割常用方式有手工切割、半自動(dòng)切割機(jī)切割及數(shù)控切割機(jī)切割。手工切割靈活方便，但手工切割質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后續(xù)加工工作量大，同時(shí)勞動(dòng)條件惡劣，生產(chǎn)效

2、率低。半自動(dòng)切割機(jī)中仿形切割機(jī)，切割工件的質(zhì)量較好，由于其使用切割模具，不適合于單件、小批量和大工件切割。其它類型半自動(dòng)切割機(jī)雖然降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，但其功能簡(jiǎn)單，只適合一些較規(guī)則形狀的零件切割。數(shù)控切割相對(duì)手動(dòng)和半自動(dòng)切割方式來(lái)說(shuō)，可有效地提高板材切割地效率、切割質(zhì)量，減輕操作者地勞動(dòng)強(qiáng)度。數(shù)控切割機(jī)具有加工精度高，加工穩(wěn)定可靠，高生產(chǎn)率，勞動(dòng)條件好，有利于管理現(xiàn)代化等優(yōu)點(diǎn)。其控制系統(tǒng)具有可靠性強(qiáng)，精度高，功能強(qiáng)大，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作方便等特點(diǎn)?？刂茩C(jī)構(gòu)的發(fā)展與開發(fā)能更好的提高生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)更具安全性。二、本選題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，數(shù)控切割機(jī)在切割能源和數(shù)控控制系統(tǒng)

3、兩方面取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，機(jī)床在機(jī)械加工領(lǐng)域中有著舉足輕重的作用。從50年代開始, 人們對(duì)機(jī)床的控制方式開展研究,從早期的基于NC 的控制方案發(fā)展到今天基于計(jì)算機(jī)的數(shù)控方案。對(duì)機(jī)床的控制自動(dòng)化和智能化程度都有了巨大的發(fā)展。目前, 國(guó)際上機(jī)床市場(chǎng)基本都是數(shù)控機(jī)床, 并出現(xiàn)了各種分類齊全、專業(yè)化程度非常高的數(shù)控機(jī)床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床等等。并且在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用上, 網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)控機(jī)床也成了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì), 總之, 數(shù)控機(jī)床伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展, 變得越來(lái)越自動(dòng)化和專業(yè)化。數(shù)控切割機(jī)控制系統(tǒng)已由當(dāng)初的簡(jiǎn)單功能、復(fù)雜編程和輸入方式、自動(dòng)化程度不高發(fā)展到具有功能完善、智能化、圖形化、網(wǎng)絡(luò)化的控

4、制方式； 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也從的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、模擬伺服驅(qū)動(dòng)到今天的全數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)。三、課題設(shè)計(jì)方案 主要說(shuō)明：研究（設(shè)計(jì)）的基本內(nèi)容、觀點(diǎn)及擬采取的研究途徑和方法。 1.根據(jù)所學(xué)的PLC、數(shù)控有關(guān)專業(yè)知識(shí)以及查詢的有關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)數(shù)控切割的工作原理，使用時(shí)應(yīng)達(dá)到的安全，效率，可靠性等進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。 2.通過(guò)考察分析了解切割機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理，根據(jù)切割工藝的要求，滿足生產(chǎn)的控制要求，控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、控制精度高的要求進(jìn)一步完善和修改設(shè)計(jì)。 3.根據(jù)所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，利用PLC進(jìn)行系統(tǒng)相關(guān)接線圖和控制梯形圖的繪制。 4.綜合考慮數(shù)控切割機(jī)的應(yīng)用，檢查PLC編程，進(jìn)一步完善優(yōu)化控制系統(tǒng)。四、計(jì)劃進(jìn)度安排 主要

5、說(shuō)明：起止時(shí)間及分階段的進(jìn)度要求。起止時(shí)間：2011.12.15-2.10 進(jìn)行課題的搜集資料，初步確定課題。-3.31 整理材料，理清思路，確定論文的研究方向，開始撰寫論文初稿。2012.4.1-4.20 初步完成初稿，交由指導(dǎo)老師修改、審核，并在初稿的基礎(chǔ)上完善。2012.4.10-5.9 修改論文，確定最終的論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 2012.5.9-5.19 參加論文答辯。五、主要參考文獻(xiàn) 1杜國(guó)臣，王士軍.機(jī)床數(shù)控技術(shù)M. 北京大學(xué)出版社 2郁漢琪，郭健. 可編程序控制器原理及應(yīng)用M. 中國(guó)電力出版社 3程衛(wèi)權(quán). 基于PLC的數(shù)控切割系統(tǒng)J.計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)，2011.11 7（30）

6、4宋伯生.可編程控制器配置編程聯(lián)網(wǎng)M. 北京:中國(guó)勞動(dòng)出版社,19985劉敏.可編程控制器技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004指導(dǎo)教師意見及建議： 簽名： 年 月 日教學(xué)單位領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見： 組長(zhǎng)簽名： 年 月 日德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查表院(系)： 機(jī)電工程系 專業(yè)： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化 2012 年 04月 12日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：數(shù)控切割機(jī)控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名劉武學(xué) 號(hào)200811705019指導(dǎo)教師姚俊紅職 稱副教授計(jì)劃完成時(shí)間:2012年5月6號(hào)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的進(jìn)度計(jì)劃：2011.12.15-2.10 進(jìn)行課題的搜集資料，初步確定課題。-3.31 整理材料，理清思

7、路，確定論文的研究方向，開始撰寫論文初稿。2012.4.1-4.20 初步完成初稿，交由指導(dǎo)老師修改、審核，并在初稿的基礎(chǔ)上完善。2012.4.10-5.9 修改論文，確定最終的論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。2012.5.9-5.19 參加論文答辯。完成情況指導(dǎo)教師評(píng)議（指出優(yōu)點(diǎn)和不足，如有其它建議，可另附頁(yè)） 簽 名： xxxx年x月x日備 注：目 錄1.概述11.1數(shù)控切割機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀11.2數(shù)控切割機(jī)床電氣系統(tǒng)的介紹21.3本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容32. PLC的由來(lái)及應(yīng)用.32.1 PLC的由來(lái)32.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域42.3 PLC的知識(shí)介紹53 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)73.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)

8、容及步驟74 本次設(shè)計(jì)的方案94.1數(shù)控切割機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖94.2控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的分析104.3控制方案的選擇104.4控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)104.5控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)114.6設(shè)計(jì)的接線圖124.7本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容124.8本次設(shè)計(jì)的梯形圖13參考文獻(xiàn)13謝 辭14數(shù)控切割機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 劉武（德州學(xué)院機(jī)電系，山東德州 253023） 摘要：數(shù)控切割機(jī)床應(yīng)用于裝備制造業(yè)、工程機(jī)械制造業(yè)、船舶制造業(yè)等多種機(jī)械制造行業(yè)，在機(jī)械制造規(guī)模生產(chǎn)中，應(yīng)用可編程控制器來(lái)進(jìn)行綜合控制，在實(shí)際中較好得解決數(shù)控切割機(jī)在控制操作上存在的問(wèn)題。數(shù)控設(shè)備全部更新?lián)Q代，不僅資金投入太大，成本高，而且原有設(shè)備的閑

9、置又將造成極大的浪費(fèi)，實(shí)踐證明，改造后的機(jī)床滿足了技術(shù)發(fā)展的需要提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品精度增大了設(shè)備適應(yīng)能力。 該文就是基于PLC 控制在數(shù)控切割機(jī)床上的電氣實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討。機(jī)床面板功能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常重要的環(huán)節(jié)。它的作用：主要是將機(jī)床操作面板上的控制信號(hào)直接送人到PLC 中去，以控制數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行。 關(guān)鍵詞：PLC；數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控切割機(jī)；梯形圖；伺服系統(tǒng)；面板；電氣控制系統(tǒng)1.概述1.1數(shù)控切割機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀中國(guó)作為全球最大數(shù)控切割機(jī)床生產(chǎn)國(guó)、進(jìn)口國(guó)和消費(fèi)國(guó)，早期的數(shù)控切割機(jī)床均屬國(guó)營(yíng)，生產(chǎn)效率不佳，出口比例較低；但在國(guó)內(nèi)數(shù)控切割機(jī)床企業(yè)大力改革、裁汰冗員，大量崛起“人員精簡(jiǎn)、產(chǎn)值高”的民營(yíng)企業(yè)等事

10、件后，情況得到好轉(zhuǎn)；同時(shí)，隨著逐步學(xué)習(xí)日本、美國(guó)的技術(shù)設(shè)計(jì)理念，把主要市場(chǎng)投向汽車、模具、電子等高端產(chǎn)業(yè)，采用技術(shù)合作或引進(jìn)外資的方式吸引日本、臺(tái)灣企業(yè)，使數(shù)控切割機(jī)床產(chǎn)業(yè)得到大幅度的發(fā)展。 當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、高自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，歐、美、亞在國(guó)際市場(chǎng)上相互展開激烈競(jìng)爭(zhēng)，已形成一條無(wú)形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在20 世紀(jì)80 年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國(guó)際機(jī)床展上各國(guó)機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭(zhēng)奪用戶、擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。任何事物都有其特點(diǎn)與發(fā)展條件，人們掌

11、握后才能加速其發(fā)展。 在機(jī)床改造中，機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)需要重新設(shè)計(jì)，而其中數(shù)控機(jī)床操作面板的功能設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，可根據(jù)不同的使用要求來(lái)設(shè)計(jì)不同功能的操作面板。 面板改造：依據(jù)系統(tǒng)選型主軸功率、進(jìn)給倍率、轉(zhuǎn)速、安裝等指標(biāo)進(jìn)行，及硬件連接、梯形圖編寫、參數(shù)選擇進(jìn)行設(shè)計(jì)。 面板改造后具有：使用性強(qiáng)，系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，便于操作，提高加工精度，柔性高，生產(chǎn)效率高。1.2數(shù)控切割機(jī)床電氣系統(tǒng)的介紹 數(shù)控切割機(jī)床電氣系統(tǒng)包括交流主電路、機(jī)床輔助功能控制電路和電子控制電路，一般將前者稱為強(qiáng)電，后兩者稱為弱電。強(qiáng)電是24V 以上供電，以電氣元件、電力電子功率器件為主組成的電路;弱電是24V 以下供電，以半導(dǎo)

12、體器件、集成電路為主組成的控制系統(tǒng)電路。數(shù)控切割機(jī)床的主要故障是電氣系統(tǒng)的故障，電氣系統(tǒng)故障又以機(jī)床本體上的低壓電器故障為主。數(shù)控切割機(jī)床對(duì)電氣系統(tǒng)的基本要求：1.高可靠性 數(shù)控切割機(jī)床是長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，本身要具有高可靠性。因此，在電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和部件的選用上普遍應(yīng)用了可靠性技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)及冗余技術(shù)。所有部件選用的是最成熟的，而且符合有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)并取得授權(quán)認(rèn)證的新型產(chǎn)品。2. 緊跟新技術(shù)的發(fā)展 在保證可靠性的基礎(chǔ)上，電氣系統(tǒng)還要具有先進(jìn)性，如新型組合功能電氣元件的使用、新型電子電器及電力電子功率器件的使用等。3. 穩(wěn)定性 要在電氣系統(tǒng)中采取一系列技術(shù)措施，使其造應(yīng)較廣泛的環(huán)境條件，如要能

13、適應(yīng)交流供電系統(tǒng)電壓的波動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的噪聲干擾有一定的抑制作用，同時(shí)還應(yīng)符合電磁兼容的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，系統(tǒng)內(nèi)部既不相互干擾，還能抵抗外部干擾，也不向外部輻射破壞性干擾等。4. 安全性 電氣系統(tǒng)的連鎖要有效;電氣裝置的絕緣要保證完好，防護(hù)要齊全，接地要牢靠，以使操作人員的安全有保證;電氣部件的防護(hù)外殼要具有防塵、防水、防油污的功能;電柜的封閉性要好，能防止外部的液體濺人電柜內(nèi)部，防止切屑、導(dǎo)電塵埃的進(jìn)入;電柜內(nèi)的所有元件在正常供電電壓下工作時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)被擊穿的現(xiàn)象，并且應(yīng)有預(yù)防雷電襲擊的功能;經(jīng)常移動(dòng)的電纜要有護(hù)套或拖鏈防護(hù)，防止纜線磨斷或短路而造成系統(tǒng)故障;要有抑制內(nèi)部部件異常溫升的措施，特別

14、是在夏季，要有強(qiáng)迫風(fēng)冷或制冷器冷卻;要有防觸電、防碰傷設(shè)施。5. 方便的可維護(hù)性 易損部件要便于更換或替換。保護(hù)元器件的保護(hù)動(dòng)作要靈敏，但也不能有誤動(dòng)作。一旦故障排除后，功能要能恢復(fù)。6. 良好的控制特性 所有被控制的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)要平穩(wěn)、響應(yīng)快速、特性硬、無(wú)沖擊、元震動(dòng)、無(wú)振蕩、無(wú)異常數(shù)控機(jī)床電氣檢修噪聲、無(wú)異常溫升。7. 運(yùn)行狀態(tài)明顯的信息顯示 電氣系統(tǒng)要用指示燈做操作顯示，電氣元件要有狀態(tài)指示、故障指示，有明顯的安全操作標(biāo)識(shí)。8. 操作的宜人性 電氣系統(tǒng)要體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)，如操作部位應(yīng)與人體平均高度、距離相適應(yīng)，體現(xiàn)操作方便、舒適、便于觀察的特點(diǎn)，尤其是要能隨時(shí)摸得到急停按鈕，保證緊急情況下的

15、快速操作動(dòng)作;機(jī)床電器顏色不僅要符合標(biāo)準(zhǔn)，還要美觀、明顯。1.3本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容對(duì)數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的控制方式、系統(tǒng)功能、主要實(shí)現(xiàn)部件，進(jìn)行了選擇和分析，然后給出一個(gè)完整的基于PLC的數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)工作原理方案。2. PLC的由來(lái)及應(yīng)用.2.1 PLC的由來(lái) 在PLC 問(wèn)世之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度慢、適應(yīng)性差，尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，就必須重新設(shè)計(jì)、重新安裝，造成時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。為了改變這一現(xiàn)狀，1968 年美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新的要求，

16、以在激烈的競(jìng)爭(zhēng)的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢(shì)，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來(lái)取代繼電器控制裝置，為此，特?cái)M定了十項(xiàng)公開招標(biāo)的技術(shù)要求，即： 1） 編程簡(jiǎn)單方便，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序； 2） 硬件維護(hù)方便，最好是插件式結(jié)構(gòu)； 3） 可靠性要高于繼電器控制裝置； 4） 體積小于繼電器控制裝置； 5） 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)； 6） 成本上可與繼電器柜競(jìng)爭(zhēng)； 7） 輸入可以是交流115V； 8） 輸出為交流115V，2A 以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥； 9） 擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需做很小的改動(dòng)； 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少可以擴(kuò)展到4KB。根據(jù)招標(biāo)要求，1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺(tái)PLC（

17、PDP14 型 ），并在通用汽車公司自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制新時(shí)期。從此，可編程控制器這一新的控制技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)，而且，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展很快。所以選擇型號(hào)為YT，額定功率1KW，轉(zhuǎn)速500r/min,額定電壓12220V的YT直流電動(dòng)機(jī)1。2.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。1、 開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自

18、動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D 轉(zhuǎn)換及D/A 轉(zhuǎn)換。PLC 廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3、運(yùn)動(dòng)控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開關(guān)量I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世

19、界上各主要PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。4、過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC 都有PID 模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID 處理一般是運(yùn)行專用的PID 子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。5、數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析

20、及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。6、通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含PLC 間的通信及PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC 廠商都十分重視PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC 都具有通信接口，通信非常方便。2.3 PLC的知識(shí)介紹2.3.1 PLC 的工作原理（一）基本工作模式：PLC 有運(yùn)行模式和停止模式。1、

21、運(yùn)行模式：分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個(gè)階段。2、停止模式：當(dāng)處于停止工作模式時(shí)，PLC 只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容。 圖3-1 PLC 基本工作模式（二） PLC 工作過(guò)程：（1）處理階段： 在此階段，PLC 檢查CPU 模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，以及完成一些其它內(nèi)部工作。（2）通信操作階段 在此階段，PLC 與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng)PLC 處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容。（3）輸入處理階段 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段順序讀取所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將所讀取的信息存到輸入映象寄存器中，此時(shí)

22、，輸入映像寄存器被刷新。（4）程序執(zhí)行階段 按先上后下，先左后右的步序，對(duì)梯形圖程序進(jìn)行逐句掃描并根據(jù)采樣到輸入映像寄存器中的結(jié)果進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)映像寄存器中。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。（5） 輸出刷新階段 程序處理完畢后，將所有輸出映象寄存器中各點(diǎn)的狀態(tài)，轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，再通過(guò)輸出端驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。在運(yùn)行模式下， PLC 按上述五個(gè)階段進(jìn)行周而復(fù)始的循環(huán)工作，稱為循環(huán)掃描工作方式。（三）PLC 工作方式與特點(diǎn)：集中采樣、集中輸出、周期性循環(huán)掃描，“串行”工作方式 1掃描周期：PLC 的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描

23、所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。 PLC 運(yùn)行正常時(shí)，掃描周期的長(zhǎng)短與 CPU 的運(yùn)算速度有關(guān)，與 I/O 點(diǎn)的情況有關(guān)，與用戶應(yīng)用程序的長(zhǎng)短及編程情況等均有關(guān)。通常用 PLC 執(zhí)行 1K 指令所需時(shí)間來(lái)說(shuō)明其掃描速度 ( 一般 110ms/K) 。 2 輸出滯后：指從PLC 的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化至它所控制的外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)間間隔。一般為幾十100ms.引起輸出滯后的因素：輸入模塊的濾波時(shí)間、輸出模塊的滯后時(shí)間、掃描方式引起的滯后。 3. 由于PLC 是集中采樣，在程序處理階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入映象寄存器中的內(nèi)容也不會(huì)變化，要到下一周期的輸入采樣階段才會(huì)改變。 4. 由于PL

24、C 是串行工作，所以PLC 的運(yùn)行結(jié)果與梯形圖程序的順序有關(guān)。這與繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。避免了觸點(diǎn)的臨界競(jìng)爭(zhēng)，減少繁瑣的聯(lián)鎖電路。 PLC的結(jié)構(gòu) 可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實(shí)現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持，實(shí)際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。1.PLC 的硬件結(jié)構(gòu) （1）微處理器（CPU）控制器的核心 （2）存儲(chǔ)器(RAM、ROM） （3）輸入、輸出部件 （I/O 部件）連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與CPU 之間的接口電路 （4）電源部件為PLC 內(nèi)部電路提供能源 整體結(jié)構(gòu)的PLC四部分裝在同一機(jī)殼內(nèi) 模塊式

25、結(jié)構(gòu)的PLC各部件獨(dú)立封裝，稱為模塊，通過(guò)機(jī)架和總線連接而成 I/O 的能力可按用戶的需要進(jìn)行擴(kuò)展和組合（擴(kuò)展機(jī)）另外，還必須有編程器將用戶程序?qū)戇M(jìn)規(guī)定的存儲(chǔ)器內(nèi).2.PLC的軟件結(jié)構(gòu)第一部分為系統(tǒng)監(jiān)控程序。它是每一個(gè)可編程控制器成品必須包括的部分，是由可編程控制器的制造者編制的，用于控制可編程控制器本身的運(yùn)行。第二部分為用戶程序。它是由可編程控制器的使用者編制的，用于控制被控制裝置的運(yùn)行。3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則與主要內(nèi)容 （一）設(shè)計(jì)的基本原則 （1）除了滿足技術(shù)指標(biāo)的要求外，還要重點(diǎn)考慮該產(chǎn)品的技術(shù)支持與售后服務(wù)的情況。（

26、2）最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求。（3）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，使用及維護(hù)方便。（4）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。（5）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量是，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。（二）設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備諒解而成的，用以完成預(yù)期的控制目的與相應(yīng)的控制要求。因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括：（1）根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，以及新提出的各項(xiàng)控制指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)預(yù)算，首先進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。（2）根據(jù)控制要求基本確定數(shù)字I/O點(diǎn)和模擬量通道數(shù)，進(jìn)行I/O點(diǎn)初步分配，繪制I/O使用資源圖。（3）進(jìn)行PLC系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)，

27、主要為PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，真確選擇PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇PLC應(yīng)包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（4）選擇用戶輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象，這些設(shè)備屬于一般的電器元件。（5）設(shè)計(jì)控制程序。二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟（1）對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚的表明動(dòng)作的順序和條件。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)可以省去這一步。（2）設(shè)計(jì)梯形圖。這是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，它是還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。（3）根據(jù)梯形圖編制語(yǔ)句表程

28、序清單。（4）用編程器將程序鍵入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查鍵入的程序是否正確。（5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止，（6）待控制臺(tái)（柜）及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。如不滿足要求，在修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。（7）編制技術(shù)文件。（8）交付使用。3.2輸入/輸出（I/O）(1)8路通用緩存輸入（14軸），16路通用緩存輸入(58軸)，8路TTL輸出（14軸），16路TTL輸出（58軸）。（2）正負(fù)限位、原點(diǎn)返回輸入（TTL）。（3）高速位置鎖存，位置比較。（4）I/O擴(kuò)充：智能型Ethernet。3.2.1輸入連接器（標(biāo)準(zhǔn)型）3.2.2輸出連接器4 本次設(shè)計(jì)的方案

29、4.1數(shù)控切割機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖 4.2控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的分析數(shù)控切割機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的控制要求分析：本設(shè)計(jì)主要以火焰切割機(jī)為例：數(shù)控火焰切割機(jī)是一種應(yīng)用氧-乙炔為燃料的傳統(tǒng)切割方法而制造的金屬切割設(shè)備，根據(jù)數(shù)控火焰切割機(jī)的特點(diǎn)及實(shí)際工作情況，本控制系統(tǒng)首先要實(shí)現(xiàn)的是對(duì)于各氣動(dòng)電磁閥的控制。由于工作氣體為易燃易爆的氣體，所以各個(gè)氣路的開啟及其啟停的先后順序等都要準(zhǔn)確可靠。而且氣動(dòng)電磁閥一定不能由于啟停等操作產(chǎn)生電火花。 4.3控制方案的選擇本次設(shè)計(jì)的方案是采用PC機(jī)作上位機(jī)和PLC作下位機(jī)的上位機(jī)下位機(jī)系統(tǒng)。這里選擇PLC的主要原因是：PLC開發(fā)周期短，使用容易，對(duì)人的要求低，而且具有擴(kuò)展性

30、好、通信簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，安裝、使用、維護(hù)、維修都很方便，系統(tǒng)易更新?lián)Q代。 目前PLC的功能已經(jīng)日趨完善，PLC脈沖控制也可以實(shí)現(xiàn)NC控制系統(tǒng)的一些功能，對(duì)于數(shù)控切割機(jī)控制系統(tǒng)所要求的雙軸聯(lián)動(dòng)控制完全可以實(shí)現(xiàn)。4.4控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 根據(jù)數(shù)控切割機(jī)的控制要求，控制系統(tǒng)的硬件主要有以下幾個(gè)部分組成：（1）數(shù)控切割機(jī)機(jī)械主體（2）PC機(jī)一臺(tái)，主要負(fù)責(zé)完成控制系統(tǒng)的配置和人機(jī)交互功能及軌跡插補(bǔ)計(jì)算等功能。（3）PLC一臺(tái)。作為下位機(jī)，主要which根據(jù)上位機(jī)傳來(lái)的各種信號(hào)做出判斷及執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所要求的輪廓的加工，同時(shí)讀數(shù)控切割機(jī)行程開關(guān)等的啟停進(jìn)行試試診斷，以防止出現(xiàn)事故。（4）步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器及步進(jìn)電機(jī)一

31、套。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)PLC輸出的脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)及頻率等來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向等。以實(shí)現(xiàn)對(duì)所需要的工件輪廓的加工，是數(shù)控系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。4.5控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)圖1 控制系統(tǒng)PLC程序的整體結(jié)構(gòu)4.6設(shè)計(jì)的接線圖4.7設(shè)計(jì)梯形圖的原理 上位機(jī)設(shè)定伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位為（轉(zhuǎn)/分），伺服電機(jī)設(shè)定為1000個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈。PLC輸出脈沖頻率=（速度設(shè)定值/6）=100Hz.上位機(jī)設(shè)定伺服電機(jī)行走長(zhǎng)度單位為（0.1mm）伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈的行走長(zhǎng)度為10mm，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要的脈沖數(shù)為1000，故PLC發(fā)出一個(gè)脈沖的行走長(zhǎng)度為0.01mm。 PLC的輸出脈沖值=長(zhǎng)度設(shè)定值*10. 上面兩

32、點(diǎn)的計(jì)算都是在伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)定完的基礎(chǔ)上得出的。也就是說(shuō)，在計(jì)算PLC發(fā)出脈沖頻率與脈沖前，必須先格局機(jī)械條件綜合考慮精度與速度要求設(shè)定好伺服電機(jī)的電子齒輪比！ 假設(shè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的行走長(zhǎng)度已固定（如上面所提到的10mm），設(shè)計(jì)要求的行走精度為0.1mm。為了保證此精度，一般情況下是讓一個(gè)脈沖行走長(zhǎng)度低于0.10mm，例如設(shè)定一個(gè)脈沖長(zhǎng)度為上述所說(shuō)的0.01mm，于是電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需的脈沖數(shù)即為1000個(gè)脈沖。此種設(shè)定當(dāng)電機(jī)速度要求為1200轉(zhuǎn)/分時(shí)，PLC應(yīng)該發(fā)出的脈沖頻率為20K，如果電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈為100mm，設(shè)定一個(gè)脈沖行走仍然是0.01mm電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所需的脈沖數(shù)即為10000個(gè)脈沖，電機(jī)速度為1200轉(zhuǎn)時(shí)所需的脈沖頻率就是200k。根據(jù)以上信息只需應(yīng)用PLC的相應(yīng)脈沖指令發(fā)出脈沖即可，PLC梯形圖如下圖所示。4.